CN107362658A - VOCs废气处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种VOCs废气处理装置。所述VOCs废气处理装置包括吸收塔、设于所述吸收塔的进气口和排气口、设于所述吸收塔内且沿所述进气口至所述排气口方向依次间隔设置的第一喷淋装置、第一填料层、第二喷淋装置和第二填料层、与所述吸收塔底部连通且用于向所述第一喷淋装置和所述第二喷淋装置输送吸收液的循环泵，其中所述第一填料层和所述第二填料层采用废旧冰箱硬泡保温材料颗粒作为填料。本发明提供的VOCs废气处理装置，净化效率高、成本低。基于所述VOCs废气处理装置，本发明还提供一种VOCs废气处理方法。

Description

VOCs废气处理装置及方法
【技术领域】
本发明涉及废气处理技术领域，具体涉及一种VOCs废气处理装置及方法。
【背景技术】
VOCs(volatile organic compounds，挥发性有机化合物)，是指在常压下沸点低于260℃或室温时饱和蒸汽压大于71Pa的有机化合物。VOCs的种类很多，其中常见的是用于工业溶剂的芳香烃、醇类、酷类和醛类。多数的VOCs有毒、有恶臭，甚至有致癌性，对人体和环境产生极大的危害，因此必须控制VOCs的排放量。
据不完全统计，全国各行业产生挥发有机废气的企业80％的没有废气处理设备，废气直接排放；10％的企业拥有热力焚烧炉，其余10％的企业拥有其它形式的废气处理设备。在拥有废气处理设备的企业中，又有半数以上因为运行费用过高而不经常使用。我国环境保护部颁布的首部大气污染防治综合性规划-《重点区域大气污染防治“十二五”规划》明确指出，挥发性有机物VOCs为下一阶段大气污染控制的重点污染物之一。可见，VOCs污染问题已经引起了我国的高度关注。
VOCs种类繁多，成分复杂，常见的有烃类、醇类、醚类、酯类等。加油站、装修、餐饮、干洗、喷涂、化工等生产或使用有机溶剂的行业都会产生VOCs排放。VOCs处理方法有数十种，其原理主要有回收有价值溶剂的回收技术和分解VOCs分子的破坏技术两大类，实际应用中更多是采用组合式技术。比如：采用浓缩和燃烧结合的技术治理低浓度大风量废气，减少装置投资；采用催化燃烧(CO)或蓄热式燃烧(RTO)技术实现低能耗下VOCs的彻底处理；根据VOCs自身溶解度、沸点等特性选择变温吸附或变压吸附进行溶剂的回收，具体如何选择取决于企业生产线的工况。
然而，现有技术存在易产生二次污染、能耗大、成本高、易受有机废气浓度和温度限制等缺点。近年来，液体吸收法作为一种经济、维护简单的治理方法受到广大用户的喜爱，通常是通过用液体石油类物质、表面活性剂和水的混合物作为吸收液，对VOCs进行喷淋吸收处理，其原理是相似相溶的作用。目前该方法存在处理效率低，处理后的废气不能达标排放，还需要进行再治理。
因此，有必要提供一种新的处理效率高、成本低的VOCs处理工艺解决上述技术问题。
【发明内容】
本发明的目的是克服上述技术问题，提供一种净化效率高、成本低的VOCs废气处理装置。
本发明的技术方案是：
一种VOCs废气处理装置，包括吸收塔、设于所述吸收塔的进气口和排气口、设于所述吸收塔内且沿所述进气口至所述排气口方向依次间隔设置的第一喷淋装置、第一填料层、第二喷淋装置和第二填料层、与所述吸收塔底部连通且用于向所述第一喷淋装置和所述第二喷淋装置输送吸收液的循环泵，其中所述第一填料层和所述第二填料层采用废旧冰箱硬泡保温材料颗粒作为填料。
优选的，所述第一填料层和所述第二填料层的高度为20-35cm。
优选的，所述废旧冰箱硬泡保温材料颗粒的粒径为3-5cm。
优选的，所述第一喷淋装置与所述第一填料层的间距为30-50cm，所述第二喷淋装置与所述第二填料层的间距为30-50cm。
本发明还提供一种VOCs废气处理方法。
一种VOCs废气处理方法，利用所述VOCs废气处理装置，包括如下步骤：
在所述吸收塔内填装吸收液，并将VOCs废气引入所述吸收塔内；
所述第一喷淋装置利用吸收液对VOCs废气进行第一级吸收液处理；
所述第一填料层对经第一级吸收液处理后的废气进行第一级吸附处理；
所述第二喷淋装置利用吸收液对经第一级吸附处理后的废气进行第二级吸收液处理；
所述第二填料层对经第二级吸收液处理后的废气进行第二级吸附处理，后排至大气；
其中，所述第一填料层和所述第二填料层的填料选自废旧冰箱硬泡保温材料颗粒。
优选的，所述吸收液包含按重量份数计的如下成分：
有机溶剂：10-30份；
乳化液：20-35份；
表面活性剂1-2份；
水2000-3000份。
优选的，所述有机溶剂为柴油、乙酸乙酯中的至少一种；所述乳化液为N-甲酰吗啉；所述表面活性剂为脂肪酸甘油酯、十二烷基磺酸钠中的至少一种。
优选的，所述第一喷淋装置和所述第二喷淋装置的出口吸收液流速为8m/s。
优选的，吸收液的雾化液滴直径为2000-2500μm。
优选的，VOCs废气在所述吸收塔内的停留时间为5-10s。
与相关技术相比，本发明提供的VOCs废气处理装置及方法，有益效果在于：
一、采用两级喷淋和两级填料对VOCs废气进行处理，加大了废气在吸收塔内的停留时间，提高其净化效果；同时两级填料采用废旧冰箱硬泡保温材料颗粒，由于废旧冰箱硬泡保温材料颗粒中含有氟利昂物质，经破碎后氟利昂可从硬泡材料中逸散出来，与进入填料层的VOCs进行高效接触反应，且氟利昂本身是一种良好的有机溶剂，有效地将VOCs由气相转移至液相，从而进一步提高了VOCs废气的净化处理效果。
二、本发明提供的VOCs废气处理方法中，采用复配吸收液对废气进行吸收处理，利用吸收液中的乳化液对VOCs的芳烃物质的溶解性、有机溶剂对短链烃的溶解性进行高效吸收，辅助采用表面活性剂提高吸收液与废气的接触面积，进一步提高对VOCs废气的处理效果。
三、本发明提供的VOCs废气处理方法，采用以废治废，充分结合废旧冰箱硬泡保温材料颗粒的物理化学性能，实现低成本治理、废旧冰箱硬泡保温材料颗粒无害化处理的双重效果；且工艺流程、工艺参数和设备使用容易实现、具有良好的经济环境效益。
【附图说明】
图1为本发明提供的VOCs废气处理装置的结构示意图。
【具体实施方式】
下面将通过具体实施方式对本发明作进一步说明。
请参阅图1，为本发明提供的VOCs废气处理装置的结构示意图。所述VOCs废气处理装置100包括吸收塔11、设于所述吸收塔11的进气口12和排气口13，设于所述吸收塔11内的第一喷淋装置14、第一填料层15、第二喷淋装置16和第二填料层17，以及用于向所述第一喷淋装置14和第二喷淋装置16输送吸收液的循环泵18，所述第一喷淋装置14、第一填料层15、第二喷淋装置16和第二填料层17沿所述进气口12至所述排气口13方向依次间隔设置。
具体的，所述吸收塔11内盛装吸收液，所述进气口12设于所述吸收塔11的底部，且位置高于吸收液的最高液位；所述排气口13设于所述吸收塔11的顶部，与烟囱连接，使净化后的气体经烟囱后排至大气中。
按照气流的流向，所述所述第一喷淋装置14、第一填料层15、第二喷淋装置16和第二填料层17由下往上依次间隔设置。
其中，所述第一喷淋装置14与所述第一填料层15的间距为30-50cm，所述第二喷淋装置16与所述第二填料层的间距为30-50cm；所述第一填料层15和所述第二填料层17的高度为20-35cm。
所述第一填料层15和所述第二填料层17采用废旧冰箱硬泡保温材料颗粒作为填料，优选的，所述废旧冰箱硬泡保温材料颗粒的粒径为3-5cm。实际应用中，对废旧冰箱硬泡保温材料进行破碎处理后即可投入使用。因废旧冰箱硬泡保温材料颗粒中含有氟利昂物质，经破碎处理后从硬泡材料中逸散出来，作为一种良好的有机溶剂，可有效吸收VOCs废气。
所述循环泵18一端与所述吸收塔11底部连通，另一端与所述第一喷淋装置14和所述第二喷淋装置16连接，可通过所述循环泵18的流量而实现控制所述第一喷淋装置14和所述第二喷淋装置16的喷淋量。
基于所述VOCs废气处理装置100，本发明还提供一种VOCs废气处理方法。
所述VOCs废气处理方法包括如下步骤：
步骤S1：在所述吸收塔11内填装吸收液，并将VOCs废气引入所述吸收塔11内；
具体的，所述吸收液包含按重量份数计的如下成分：有机溶剂：10-30份；乳化液：20-35份；表面活性剂1-2份；水2000-3000份。
其中，所述有机溶剂为柴油、乙酸乙酯中的至少一种；
所述乳化液为N-甲酰吗啉；
所述表面活性剂为脂肪酸甘油酯、十二烷基磺酸钠中的至少一种。
步骤S2：所述第一喷淋装置14利用吸收液对VOCs废气进行第一级吸收液处理；
具体的，启动所述循环泵18，控制所述循环泵18向所述第一喷淋装置14输送吸收液；并控制所述第一喷淋装置的出口吸收液流速为8m/s，所述第一喷淋装置14喷出的雾化液滴直径为2000-2500μm。
步骤S3：所述第一填料层15对经第一级吸收液处理后的废气进行第一级吸附处理；
具体的，所述第一填料层15采用废旧冰箱硬泡保温材料颗粒作为填料，所述废旧冰箱硬泡保温材料颗粒的粒径为3-5cm，所述第一填料层15的高度为20-35cm。
步骤S4：所述第二喷淋装置16利用吸收液对经第一级吸附处理后的废气进行第二级吸收液处理；
具体的，与所述第一喷淋装置14相同，控制所述第二喷淋装置16的出口吸收液流速为8m/s，所述第二喷淋装置16喷出的雾化液滴直径为2000-2500μm。
步骤S5：所述第二填料层17对经第二级吸收液处理后的废气进行第二级吸附处理，后排至大气；
具体的，所述第二填料层17采用废旧冰箱硬泡保温材料颗粒作为填料，所述废旧冰箱硬泡保温材料颗粒的粒径为3-5cm，所述第二填料层17的高度为20-35cm。
以下结合具体的应用实施例，对本发明提供的VOCs处理装置及方法进行进一步阐述，以说明其具有的积极有益效果。应用实施例采用上述VOCs处理方法的相同步骤，仅改变VOCs废气处理装置中的部分结构特点及各步骤中的工艺参数。
实施例1
吸收液的配置：
吸收液包括按质量份数计的如下成分：表面活性剂1份、有机溶剂10份、乳化液20份、水2000份；
其中，表面活性剂采用质量比为1:1的脂肪酸甘油酯和十二烷基磺酸钠，有机溶剂采用质量比为1:1的柴油和乙酸乙酯，乳化液采用N-甲酰吗啉。
VOCs废气处理装置的结构：
所述VOCs废气处理装置100中，所述第一喷淋装置14与所述第一填料层15的间距为30cm，所述第二喷淋装置16与所述第二填料层17的间距为30cm；
所述第一填料层15和所述第二填料层17的高度为20cm，所述废旧冰箱硬泡保温材料颗粒的粒径为3-5cm。
废气成分：
为含有二氯甲烷和甲苯的模拟废气，其中二氯甲烷的含量为400mg/m3、甲苯的含量为600mg/m3。
工艺控制参数：
所述第一喷淋装置14和所述第二喷淋装置16的出口吸收液流速为8m/s；吸收液的雾化液滴直径2000μm；VOCs废气在吸收塔内的停留时间为5s。
实施例2
吸收液的配置：
吸收液包括按质量份数计的如下成分：表面活性剂2份、有机溶剂30份、乳化液35份、水3000份；
其中，表面活性剂采用质量比为1:1的脂肪酸甘油酯和十二烷基磺酸钠，有机溶剂采用质量比为1:1的柴油和乙酸乙酯，乳化液采用N-甲酰吗啉。
VOCs废气处理装置的结构：
所述VOCs废气处理装置100中，所述第一喷淋装置14与所述第一填料层15的间距为50cm，所述第二喷淋装置16与所述第二填料层17的间距为50cm；
所述第一填料层15和所述第二填料层17的高度为35cm，所述废旧冰箱硬泡保温材料颗粒的粒径为3-5cm。
废气成分：
为含有二氯甲烷和甲苯的模拟废气，其中二氯甲烷的含量为400mg/m3、甲苯的含量为600mg/m3。
工艺控制参数：
所述第一喷淋装置14和所述第二喷淋装置16的出口吸收液流速为8m/s；吸收液的雾化液滴直径2500μm；VOCs废气在吸收塔内的停留时间为10s。
实施例3
吸收液的配置：
吸收液包括按质量份数计的如下成分：表面活性剂2份、有机溶剂20份、乳化液25份、水2500份；
其中，表面活性剂采用质量比为1:1的脂肪酸甘油酯和十二烷基磺酸钠，有机溶剂采用质量比为1:1的柴油和乙酸乙酯，乳化液采用N-甲酰吗啉。
VOCs废气处理装置的结构：
所述VOCs废气处理装置100中，所述第一喷淋装置14与所述第一填料层15的间距为40cm，所述第二喷淋装置16与所述第二填料层17的间距为40cm；
所述第一填料层15和所述第二填料层17的高度为30cm，所述废旧冰箱硬泡保温材料颗粒的粒径为3-5cm。
废气成分：
为含有二氯甲烷和甲苯的模拟废气，其中二氯甲烷的含量为400mg/m3、甲苯的含量为600mg/m3。
工艺控制参数：
所述第一喷淋装置14和所述第二喷淋装置16的出口吸收液流速为8m/s；吸收液的雾化液滴直径2000μm；VOCs废气在吸收塔内的停留时间为8s。
对实施例1-3进行VOCs处理效果及氟利昂脱除效果检测，检测结果如下：
表1：实施例1-3VOCs处理效果
表2：实施例1-3废旧冰箱硬泡保温材料颗粒中氟利昂脱除效果
通过上述实验数据可以看出，本发明提供的VOCs处理装置及方法，对VOCs废气有较好的处理效果，VOCs废气处理效率大于96％；
同时，使用废旧冰箱硬泡保温材料颗粒作为填料，一方面可促进VOCs的吸附，另一方面因氟利昂脱除效率较高，可实现废旧箱硬泡保温材料的无害化处理。
与相关技术相比，本发明提供的VOCs废气处理装置及方法，有益效果在于：
一、采用两级喷淋和两级填料对VOCs废气进行处理，加大了废气在吸收塔内的停留时间，提高其净化效果；同时两级填料采用废旧冰箱硬泡保温材料颗粒，由于废旧冰箱硬泡保温材料颗粒中含有氟利昂物质，经破碎后氟利昂可从硬泡材料中逸散出来，与进入填料层的VOCs进行高效接触反应，且氟利昂本身是一种良好的有机溶剂，有效地将VOCs由气相转移至液相，从而进一步提高了VOCs废气的净化处理效果。
二、本发明提供的VOCs废气处理方法中，采用复配吸收液对废气进行吸收处理，利用吸收液中的乳化液对VOCs的芳烃物质的溶解性、有机溶剂对短链烃的溶解性进行高效吸收，辅助采用表面活性剂提高吸收液与废气的接触面积，进一步提高对VOCs废气的处理效果。
三、本发明提供的VOCs废气处理方法，采用以废治废，充分结合废旧冰箱硬泡保温材料颗粒的物理化学性能，实现低成本治理、废旧冰箱硬泡保温材料颗粒无害化处理的双重效果；且工艺流程、工艺参数和设备使用容易实现、具有良好的经济环境效益。
以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种VOCs废气处理装置，其特征在于，包括吸收塔、设于所述吸收塔的进气口和排气口、设于所述吸收塔内且沿所述进气口至所述排气口方向依次间隔设置的第一喷淋装置、第一填料层、第二喷淋装置和第二填料层、与所述吸收塔底部连通且用于向所述第一喷淋装置和所述第二喷淋装置输送吸收液的循环泵，其中所述第一填料层和所述第二填料层采用废旧冰箱硬泡保温材料颗粒作为填料。
2.根据权利要求1所述的VOCs废气处理装置，其特征在于，所述第一填料层和所述第二填料层的高度为20-35cm。
3.根据权利要求1所述的VOCs废气处理装置，其特征在于，所述废旧冰箱硬泡保温材料颗粒的粒径为3-5cm。
4.根据权利要求1所述的VOCs废气处理装置，其特征在于，所述第一喷淋装置与所述第一填料层的间距为30-50cm，所述第二喷淋装置与所述第二填料层的间距为30-50cm。
5.一种VOCs废气处理方法，其特征在于，利用权利要求1-4中任一项所述的VOCs废气处理装置，包括如下步骤：
在所述吸收塔内填装吸收液，并将VOCs废气引入所述吸收塔内；
所述第一喷淋装置利用吸收液对VOCs废气进行第一级吸收液处理；
所述第一填料层对经第一级吸收液处理后的废气进行第一级吸附处理；
所述第二喷淋装置利用吸收液对经第一级吸附处理后的废气进行第二级吸收液处理；
所述第二填料层对经第二级吸收液处理后的废气进行第二级吸附处理，后排至大气；
其中，所述第一填料层和所述第二填料层的填料选自废旧冰箱硬泡保温材料颗粒。
6.根据权利要求5所述的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述吸收液包含按重量份数计的如下成分：
有机溶剂：10-30份；
乳化液：20-35份；
表面活性剂1-2份；
水2000-3000份。
7.根据权利要求6所述的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述有机溶剂为柴油、乙酸乙酯中的至少一种；所述乳化液为N-甲酰吗啉；所述表面活性剂为脂肪酸甘油酯、十二烷基磺酸钠中的至少一种。
8.根据权利要求5所述的VOCs废气处理方法，其特征在于，所述第一喷淋装置和所述第二喷淋装置的出口吸收液流速为8m/s。
9.根据权利要求8所述的VOCs废气处理方法，其特征在于，吸收液的雾化液滴直径为2000-2500μm。
10.根据权利要求5所述的VOCs废气处理方法，其特征在于，VOCs废气在所述吸收塔内的停留时间为5-10s。
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